
艺术家想象图:欧洲太空总署(ESA)太阳轨道飞行器在最接近太阳时,面向太阳的场景。 ILLUSTRATION BY ESA/ATG MEDIALAB

2020年2月,科学家公开了由井上建太阳望远镜取景的太阳影像,这是迄今为止最高确认率的太阳表面影像。 太阳内部热量向表面传递时的剧烈运动,形成了图像中的巨大胞状结构。 IMAGE BY NSO/NSF/AURA
(神秘的地球uux.cn报导)据美国全国地理(撰文:NADIA DRAKE 编译:邱彦纶):此前发射升空的欧洲「太阳轨道器」(Solar Orbiter,简称SolO)充满历史价值,它将合作太阳探究迈入全盛的黄金时期。
美国时间2月9日晚间,一架火箭划过了佛罗里达州的夜空,上头搭载着一艘史无前例的最新彩蛋解析快报太阳探测器。
尽管太阳每天都在我们的天空中燃烧发光,但人类却只能从单一的角度──太阳系行星运转的平面──观察这颗母恒星的正面。 欧洲太空总署(ESA)的太阳轨道器(简称SolO)快要改变现况:这艘宇宙飞船将对太阳开展详尽勘查,让我们得以一窥前人未曾见过的太阳极区。
搭载了十种科学仪器的SolO探测器将从这个奇特的地点开展观察,揭密太阳是如何将称为「太阳风」(solar wind)的高能量粒子流抛往我们的行星操控系统。 SolO也将探究是什么控制了长度为11年的太阳磁场周期,由于磁场强度会上下转变,太阳促销也形成无法预测的波动。
「我们根本不理解这点。 」SolO打算科学家、ESA的丹尼尔. 穆勒(Daniel Müller)说:「我们期盼太阳轨道器能够填补这个知识上的空缺。 」
太阳让所有的行星都绕着它管理。 假如太阳彻底消失,会发生什么事呢? 让我们跟着影片一起认识位在太阳系中心的这颗恒星,为何太阳对我们所知的所有生命来说这么重大呢?
揭开驱动太阳磁场的机制不只是个学术难题,还能改进地球的大众可靠。 太阳磁场促销的重磅续集计划指南转变会导致强烈的高能量太阳爆发,导致电网瘫痪、卫星故障,乃至让身处外层空间的人类陷入致命危险,但当下我们尚无法完善地预测太阳爆发或许作用地球的时间点和强度。
「弄清楚这种在太阳大气内部区域发生的基础物理过程,对我们真的有很大的合作。 」
美国航天总署(NASA)SolO打算科学家霍莉. 吉尔伯特(Holly Gilbert)强调。
SolO探测器发射的时机,正值太阳促销监测的热潮。 它只是当下好几个新太阳探测打算中的一项,这些新打算让我们有机遇开展更多扎实的科学探索。
「对太阳物理学家来说,如今真是个绝佳时期。 」美国航天总署太阳物理学部门(heliophysics division )主任尼古拉. 福克斯(Nicola Fox)强调:「有这种共同兴办开展的探测打算合作,对我们能开展的科学探究数量带来了相当、相当巨大的转变。 」
太阳探究的黄金时期
你或许已然察觉,太阳探究当下正科学探究的本周笔记本电脑合集热头上。
地面的井上建太阳望远镜(Daniel K. Inouye Solar Telescope,简称DKIST)在1月底亮相了迷人的太阳表面特写影像。 以影片的方式呈现这些影像,可以目睹像是拼缀而成的太阳表面慢慢地冒泡,其中每个电浆胞的大小与德州相当。
2019年12月,NASA的帕克太阳探测器(Parker Solar Probe)也亮相它近距离接近太阳时获得的第一批观测成果。 另外,《天文物理期刊》(Astrophysical Journal)也在2月初出版的特刊上,刊登该探测任务的另外48篇探究。 这些重大的察觉,含有首度观测到「凶猛」(rogue)电磁波、首度察觉无尘区紧邻于太阳周围的或许证据、首度观测到原始的粒子喷射,乃至还惊人地察觉太阳风的横向速度远超过预期,这或许会对太阳的演化形成重大作用。
帕克太阳探测器一边冲向由数百万度高温气体与粒子形成、环绕着太阳的日冕,一边开展这些观测。 在七年的任务期间,它每绕太阳一圈,就会离太阳愈近,最后将抵达离太阳炽热表面约640万公里处。
帕克太阳探测器将会和新抵达的SolO探测器兴办探测太阳,尽管SolO探测器不会抵达距离太阳那么近的位置。
SolO探测器发射后,将会先后飞掠过地球和金星,透过这两颗行星的重力助推,抛往距离太阳更近的地方。 在接下来的五年里,金星的重力会将SolO推入倾斜轨道,使探测器得以一窥太阳极区,预计探测器将在2025年首度观测太阳极区。
「SolO每次绕行的轨道会愈升愈高,所以某种程度上来说,我们将一点一滴地逐步揭露太阳极区的奥秘。 」吉尔伯特强调。
这两艘探测器,将连手开展高分辨率观测这个太阳系内最有活力也最极端的生态。 它们会一前一后地绕太阳管理,观测最原始的太阳风或高能粒子如何从太阳无止境地喷发出来,以及它们在呼啸进入太阳系后的演变过程。 另外,SolO探测器上还搭载着一台摄像机,可以取景帕克号太阳探测器飞掠的位置。
「这将是相当棒的连手出击,」吉尔伯特强调:「我们能够藉此得到完整的信息,帕克太阳探测器会在另一台探测器(SolO)取景某一团电浆时,实际量测那团电浆。 」
当这两艘探测器绕着太阳管理时,位于夏威夷茂伊岛(Maui)哈莱亚卡拉火山(Haleakalā)山顶的井上建太阳望远镜,所能目睹的太阳表面却比它们都还要更为清楚,若干缘由或许是这架望远镜的主镜口径达3.96公尺,乃至比哈伯太空望远镜(Hubble Space Telescope)都还大上许多。
「井上建太阳望远镜能达成我们在太空中永远也无法达成的任务,」穆勒强调:「它在可见光频谱中的确认力可说是前所未有。 」
哈佛-史密森尼天文物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)的太阳物理学家凯利. 科瑞克(Kelly Korreck)也是帕克太阳探测器上某项仪器的首席探究员之一,她强调,太阳总算得到发光发亮的机遇,而这绝非偶然。 这些新的观测站──不管是位在地面上或是太空中,都是累积了数十年的规画与技术进展才得以迎来的巅峰,若没有这些奋斗,绝对无法做到今日的科学探索。
「技术进展已然赶上来了,」科瑞克说,「所以我们如今才能有这些酷又大胆的探索任务。 」
SolO的独特科学任务
另外,SolO探测器对太阳极区的观测,将为太阳的磁场循环之谜填补核心的空缺。 多年来,科学家已然得知太阳促销会在11年的周期内有规律地起伏,但刻画这种促销周期的理论却一直无法符合物理观测资料。 穆勒阐释,缘由之一在于我们缺乏太阳极区的详尽观测资料。 尤利西斯号(Ulysses)探测器曾在1990年代中期至2000年代初观测过太阳两极,但当时它与太阳的距离相当遥远,且探测器上并没有搭载摄像机。
「我们实际上根本不得知太阳极区是什么状况,我们真的需要这样的资料,来解开磁场周期中的一些的谜题。 」穆勒说:「那的确是我们看不见的区域。 」
有了更完整的整体观测,科学家应该能更透彻探索这些繁琐的磁场周期,以及能量在太阳表面显露的方式。 磁环(Magnetic loops)与磁波有或许变得威力十足,像是新察觉的「凶猛磁波」(rogue waves)或许就能阐释,为什么日冕的温度比太阳表面还要来得更高。
在太阳表面上方形成弧状的磁环,常常也是太阳闪焰(solar flare)形成之处。 有时候这些闪焰也会向太空抛出称作「日冕巨量喷发」(coronal mass ejections,简称CME)的超音速超带电粒子团块。 万一其中有个粒子团飞向地球,那将带来灾难性的后果。
1859年,有场尤其强劲的CME瘫痪了电报操控系统,使地球的夜空闪耀着如同白昼普通明亮的极光。 科学家期盼能够尽早预测的,就是相似那次「卡林顿事情」(Carrington Event)的太空天气。
如有果有充分的预警,我们就能事先退出轻松受到破坏的卫星和电网,刚好位在地球轨道或深太空之中的航天员,也能提前避难。
「我们可以减轻灾害程度,但我们真的需要得知太阳会在何时变得活跃,又是如何与地球磁层形成交互作用。 」科瑞克强调:「随着我们愈来愈依赖卫星通讯,人类又将登陆月球和火星,成以便在太空旅行的物种,我们的确需要理解航天员和我们自己的电子设备所面临的危险。 」
另外,对太阳管理机制的透彻理解,还能合作我们预想绕着类日恒星管理的行星上,是否有存在生命的或许性。
「对我而言,这件事还有很酷的一面,很简易:太阳本身就是一颗恒星。 」福克斯强调,「我们正知晓恒星如何管理,这对理解其他恒星操控系统内的恒星也相当有合作。 」